JP3086791B2 - バタフライ弁及びその加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バタフライ弁に関
し、特に、弁体周辺部にくし歯状突起を設けてキャビテ
ーションの発生及び成長を抑制させるようにした弁体の
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、バタフライ弁の弁体を閉状態か
ら徐々に開いていくと、微小な隙間から弁体下流側に噴
流が生じ、渦流と共に流れの剪断層が形成される。この
渦流のために弁体背面に極度の低圧部が生じ、この部分
で流体が急激に蒸気圧以下になり沸騰し気泡を発生す
る。該弁体よりやゝ下流側において圧力が回復するに伴
い、気泡は衝撃的速さで圧潰し、騒音、振動を生じると
共に部材を異常に摩粍させたりする、いわゆるキャビテ
ーション現象を生じることは従来公知である（一例とし
て特開昭57−157866号公報参照）。

【０００３】図４（ａ）（ｂ）は、上記従来例を示すも
ので、１は本体（弁本体）２の中心部に直交する弁棒３
によって軸支された全閉状態を示す弁体であって、該弁
体１は、全閉時、弁棒３に垂直の断面がくの字形をなす
弁板（ディスク）１ａを有し、本体２の内面２ａと弁板
周面とのシール面（図で点線１ｂで示されている。）
が、弁棒穴を通過する中心形バタフライ弁の弁体を形成
しており、上記シール面１ｂの中心軸１ｃと、弁棒孔を
通り本体内面２ａの垂直軸線２ｂとは、１５度〜２０度
の角度で傾斜している。

【０００４】本体内面（ボア）２ａ内で密接している長
円形の弁板１ａは、二つのほぼ半円形壁部分が上記のよ
うにくの字形に角度的にずれて形成されており、該弁板
１ａの半円周に亙って、使用時、流体の流入方向（太い
矢印ｆで示す。）に向って突設された流入側くし歯状突
起４と、同様に、他の半円周に亙って、弁板１ａに対し
て前記くし歯状突起４と反対側の流体の流出方向に向っ
て突設された流出側くし歯突起５とが一体に設けられて
おり、これらの両くし歯状突起４と５は、全閉時、本体
２の内面２ａとほぼ平行するように形成され、且つこれ
らのくし歯状突起の端部は、本体２の内面２ａに垂直の
面内に位置するように形成されており、これらのくし歯
状突起の長さは、中心のボス方向に向かって短かく形成
されている。

【０００５】弁作動時、図４（ａ）に示す全閉状態から
弁体１が矢印に示す時計方向に回動すると、弁体１の開
度に応じて流量が変化して流量制御が行われるようにな
っている。そしてこの際、本体２の内面２ａと、弁棒３
よりも下流側に位置する弁体１の周縁部とが形成する開
口部であるノズル流れ部（ノズル側）及び同様に本体２
の内面２ａと、弁棒３よりも上流側に位置する弁体１の
周縁部とが形成する開口部であるオリフィス流れ部（オ
リフィス側）を通過する流体は、該部に設けられた複数
個の各くし歯状突起４，５の間に形成された、図（ａ）
の２ｂ線による断面図である図（ｂ）に示す流体を導く
断面台形（梯形）状通路６から流体を細かいジェット流
に変え、弁体の下流側に発生するキャビテーションを分
散すると共に、キャビテーションの成長を抑制してい
る。同図（ｂ）において、６ａは傾斜した入口、７は弁
棒穴、８はボス部を示す。

【０００６】一方、弁体１が開状態にあるとき、オリフ
ィス流れ部に位置する弁体１の、弁棒軸に直交する断面
くの字形弁板部の上流面（外側面）を流れる流体の流れ
は、くし歯状突起５により滑らかな速度プロフィルが破
壊され、それにより、くし歯状突起を有しない通常の弁
板のオリフィス流れ部の上流面を流れる流体の流れによ
って生じる弁板への揚力（該揚力は、弁体を閉じる方向
に作用する。）の発生が効果的に妨げられ、その結果、
弁棒に作用する動的トルクを減少させることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のくし歯
状突起を有する弁体（図４）は、低トルク及び低騒音の
問題を解決することができるが、弁板１ａが長円形であ
るため、外周縁の旋削加工は断続的となり、加工精度及
び工数等に問題があった。又全閉時において、本体内面
２ａの内径部がメタルで構成されているため、閉弁時に
おけるシール性、及び弁板外周と弁軸部との接点のシー
ル性が確実性に欠けるという問題点があった。また全開
時において、突出したくし歯状突起４，５が出入口側に
おいて流過し易いように断面が台形状に形成されている
（図４（ｂ））が、何れもくし歯状突起の角（かど）部
による流体抵抗と剥離を起こす等の問題点があった。

【０００８】本発明は、上記した従来技術の問題点を解
決し、全閉時におけるシール性を向上させると共に、全
開時におけるくし歯状突起部を通過する流れの流体抵抗
を軽減させるバタフライ弁の弁体を提供し、並びに精確
性が得られる弁体の加工方法を提供することを課題とし
ている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために本発明の採った手段は、剛性材料からなる円筒状
本体内に弁棒を介して弁体を回動自在に設け、弁体の開
弁作動方向背面の周縁部近傍に、円滑な外形を有する複
数のくし歯状突起を円弧状に複数列、互いに半径方向に
重ならないように交互に設け、他方、開弁作動方向前面
をほぼ半円形凸状球面とした中心形バタフライ弁におい
て、複数のくし歯状突起を円弧状に複数列設けた中で、
複数列の突起の断面形状、断面の大きさ、高さ及び数を
内周面部と外周面部で異なるように設け、弁体直径方向
の連続した弁棒添通ボス部の周面に、弁棒と直交する方
向に、複数の整流溝を設けると共に、弁体外周縁と、本
体内周面に張設されたシートリングの内周面とが傾斜角
度１０°±２°にて当接形成したことを特徴としてい
る。

【００１０】

【００１１】また、弁体は、弁棒挿通ボス部の中心に関
して対称形をなし、流体の流れの方向性を限定しないよ
うに構成したことを特徴としている。

【００１２】また、弁体の加工方法は、中心形バタフラ
イ弁の弁体の開弁作動方向背面に設けられたくし歯状突
起の半径方向内側及び又は、開弁作動方向前面に設けら
れた半円形凸状球面の頂部に治具用座を設けて、弁体外
周縁及び弁棒挿通孔を旋削加工する際の工作機械取付用
の座として用いることを特徴としており、また、上記し
た開弁作動方向背面に設けられるくし歯状突起の半径方
向内側の治具用座、及び開弁作動方向前面に設けられる
半円形凸状球面頂部の治具用座を、外周縁に関して対称
位置に、且つボス部と等しい高さになるようにそれぞれ
設けることを特徴としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を、図
面に記載した実施例を用いて説明する。図１は、本発明
の一実施形態を示す弁体を示し、図（ａ）は弁体正面
図、図（ｂ）のＹ−Ｙ線左側は図（ａ）の左側面図、同
Ｙ−Ｙ線右側は図（ａ）の右側面図である。また、図２
は、図１（ｂ）のII−II線断面の拡大図及び本体内面に
張設されるシートリングとの当接状態を示す図である。

【００１４】図１において、１０は、本発明の弁体であ
って、図２に示す本体１２の内面に張接されたシートリ
ング１３の内面に当接（圧接）するようになっている。
上記したほぼ円筒状の本体１２は、剛性材料、例えば、
鋳鉄、鋳鋼等の炭素鋼材料又はポリカーポネート、メラ
ミン、不飽和ポリエステル等の樹脂材料からなり、その
内周面に張設される弾性材料からなるシートリング１３
は、例えば、ＥＰＤＭ，ＮＢＲ，ＮＲ等を本体１２と一
体化して形成されており、該シートリングの内周面に弁
体１０の外周縁１１が角度α＝１０°±２°にて当接
（圧接）すると共に、弁棒挿通近傍の平面部１５が、前
記シートリング１３の該部と圧着することにより、閉弁
時に弁棒挿通部においてシール作用を行なうことができ
るようになっている。

【００１５】上記弁体１０は、弁棒穴１４に挿通されて
一体化された弁棒１６（図３）の回動に伴い、回動方向
に開閉又は制御するようになっており、該弁体１０の開
弁作動方向背面の周縁部近傍に、流体抵抗の小さい円滑
な外形を有する断面ほぼ楕円形をなす複数のくし歯状突
起１７が円弧状に複数列（図では１７ａと１７ｂの２
列）互いに重ならないように交互に列設されており、他
方、弁体の開弁作動方向前面がほぼ半円形凸状球面１８
によって形成されている。

【００１６】また、弁体直径方向の連続した弁棒挿通ボ
ス部１９の周面に、弁棒と直交する方向に複数の整流溝
２０が形成されており、その溝底は曲面を呈している。

【００１７】そして、上記弁体１０は、弁棒挿通ボス部
１９の中心に関して、対称形をなしており、これによ
り、流体の流れの方向性を限定しないように形成されて
いる。

【００１８】上記した弁体１０に円弧状に複数列設けら
れたくし歯状突起１７のうち、内周面部の突起１７ｂと
外周面部の突起１７ａは、それぞれの断面形状、断面の
大きさ、高さ、数を異にして形成されている。

【００１９】また、上記くし歯状突起１７は、底面を周
方向に連続して形成して強度を持たせるようになってお
り、また先端を縮小させたほぼ截頭円錐状に形成して鋳
造し易いようになっている。

【００２０】なお、上記したくし歯状突起１７の横断面
形状は、楕円形以外の形状でもよい。また、外周側及び
内周側くし歯状突起１７ａ，１７ｂの高さは、弁棒に直
角の外方向で高く、弁棒挿通ボス部１９近くになるにつ
れて低くなっている。

【００２１】次に、作用について説明すると、図２及び
図３において、流体が太い矢印Ａ方向から流れる場合、
弁体１０を細い矢印のように反時計方向に回動すると、
弁体外周縁１１が弁棒より下流側に位置するノズル側
（ノズル流れ部側）においては、弁体１０の微小開度に
より、流体は隣接する内周側くし歯状突起１７ｂ同士の
空隙を通り、次いで、外周側くし歯状突起１７ａ同士の
空隙を経て、弁体外周縁１１より下流側に流出する。

【００２２】一方、上記ノズル側と中心Ｏに関して対線
位置のオリフィス側（オリフィス流れ部側）（図３の矢
印Ｃ部）においては、上記と逆になり、弁体外周縁１１
から外周側くし歯状突部１７ａ同士の空隙を通り、次い
で内周側くし歯状突部１７ｂ同士の空隙を通って下流側
に流出する。

【００２３】次いで、弁体１０を逐時全開に向かって開
弁していくと、流量が増えるにつれて、上流側からノズ
ル側に向かって弁体の前面に沿って流れる流体は、上流
側（オリフィス側）に位置する弁体外周縁１１から上流
側に面した半円形凸状球面１８を通り、弁棒挿通ボス部
１９の複数の整流溝２０を経て、内周側くし歯状突部１
７ｂ及び外周側くし歯状突部１７ａのそれぞれの空隙を
通り、下流側（ノズル側）に位置する弁体外周縁１１か
ら下流側に流出する。この際、整流溝２０の溝底は曲面
を呈しており、流体が半円形凸状球面１８を経て来た流
れが乱れないように整流している。

【００２４】一方、オリフィス側に位置する弁体外周縁
１１を通過して弁体の背面側に流れる流体は、弁体外周
縁１１から外周側くし歯状突部１７ａ及び内周側くし歯
状突部１７ｂのそれぞれの空隙を通過した後、弁棒挿通
ボス部１９の複数の整流溝２０を通って、上記したノズ
ル側に位置する弁体外周縁１１を通過した流れと合流し
て下流側へ流出する。この際も、前記同様、整流溝２０
の作用により、くし歯状突起１７の空隙を経て来た流れ
が乱れないように整流している。また、内外周側の両く
し歯状突起が前記したように交互に列設されているの
で、流体の流れを一層細分化し、エネルギーを拡散させ
るようにしている。

【００２５】上記弁体１０は、弁棒挿通ボス部１９の中
心に関して対称形に形成されているので、図２、図３に
おける流れの方向が太い矢印Ｂの方向から流体が流れる
場合も、矢印Ａの方向からの流れと同様に作用し、流体
の流れの方向性が限定されない。

【００２６】全閉時、弁体外周縁１１はシートリング１
３とα＝１０°±２°の傾き（図２）をなし、又弁棒１
６の挿通近傍の平面部１５がシートリングの該部と圧着
することにより、閉弁時において確実なシール作用を行
うと共に、開弁時においても前記弁棒挿通近傍の平面部
１５は常時圧着しており、弁体自重及び微小開度におけ
る流体による振動により上下動するのを防止し、且つ弁
棒方向への流体漏洩防止のための一次シール的役割を該
部において形成する。なお、上記弁棒挿通近傍は平面部
のみならず、他の方法例えば球面でもよい。

【００２７】また、本発明では、中心形バタフライ弁で
且つ弁体１０は弁棒挿通ボス部１９の中心に関して対称
形をなしており、しかも本体内面に張設されるシートリ
ング１３が弾性材料のため、弁体外周縁の精度を上げる
ために、弁体１０の加工方法に工夫が施こされている。
即ち、弁体１０の開弁作動方向背面に設けられたくし歯
状突起１７の半径方向内側及び開弁作動方向前面に設け
られた半円形凸状球面１８の頂部に治具用座２２及び２
１を設けて、弁体外周縁１１及び弁棒挿通孔を旋削加工
する際の工作機械取付用の座として用いるようにしてい
る。上記治具用座２１，２２は、通常、外周縁１１に対
して対称位置に設けてボス部と等しい高さｈ₁ ＝ｈ₂ と
して形成されている。

【００２８】なお、該治具用座２１，２２の突出高さｈ
₁ ，ｈ₂ はできるだけ短かくし、且つ角部は丸味（Ｒ）
を帯びるなどして流体の流速による渦流発生の防止を図
っている。図１において治具用座２１，２２及び弁棒挿
通ボス部１９の平面高さを同一にしているが、弁体の大
きさ、加工方法等によりこの限りでなく、又、前記対称
位置に設けず一方のみでもよい。

【００２９】また、本体１２に一体化されたシートリン
グ１３の固着方法は、本体と一体加硫成形する通称焼き
付け方法又は別体のシートリングを挿着する方法等があ
るが、いづれのシートリングの表面硬度は、JIS K 6253
に示すタイプＡデュロメータにおいてＨＳ＝７０〜９０
好ましくはＨＳ＝８０±５程度とする。

【００３０】なお、上記シートリングを本体内周面に張
設することにより、腐食性流体、例えば海水、排水等に
対して本体材質を高級な不銹鋼等にする必要がなく、低
廉なバルブを提供することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
剛性材料からなる円筒状本体内に弁棒を介して弁体を回
動自在に設け、弁体の開弁作動方向背面の周縁部近傍
に、円滑な外形を有する複数のくし歯状突起を円弧状に
複数列、互いに半径方向に重ならないように交互に設
け、他方、開弁作動方向前面をほぼ半円形凸状球面とし
た中心形バタフライ弁において、複数のくし歯状突起を
円弧状に複数列設けた中で、複数列の突起の断面形状、
断面の大きさ、高さ及び数を内周面部と外周面部で異な
るように設け、弁体直径方向の連続した弁棒添通ボス部
の周面に、弁棒と直交する方向に複数の整流溝を設ける
と共に、弁体外周縁と、本体内周面に張設されたシート
リングの内周面とが傾斜角度１０°±２°にて当接形成
したことにより、次のような効果が奏される。

【００３２】（ｉ）本体内周面にシートリングを一体固
着化したことにより、弁体周縁部及び弁棒挿通部共に圧
着することができ確実なシール性を保持でき、且つ弁体
の閉弁角度をα＝１０°±２°にすることにより、開弁
及び閉弁動作を容易にし、スムーズな開閉ができる。

【００３３】（ii）本体内周面にシートリングを張設し
たことにより、腐食性流体にも使用可能となり高価な本
体材質を使用することがなくなり、低廉な製品を提供す
ることができるばかりでなく、弁体の弁棒方向の上下動
を防止し、且つ弁棒部からの流体漏洩を防止すると共
に、微小開度時における流体による振動を防止すること
ができる。

【００３４】(iii) 複数のくし歯状突起を円弧状に複数
列、互いに半径方向に重ならないように交互に設けたこ
とにより、これらのくし歯状突起を通る流体の流れを一
層細分化してエネルギーを拡散させ、キャビテーション
の発生を効果的に抑えることができる。

【００３５】（iv）弁棒挿通ボス部の周面に弁棒と直交
する方向に複数の整流溝を設けたことにより、該部を通
過する流体の流れを整流して乱れを防ぐことができる。

【００３６】

【００３７】

【００３８】また、中心形バタフライの弁体の開弁作動
方向背面に設けられたくし歯状突起の半径方向内側及び
又は、開弁作動方向前面に設けられた半円形凸状球面の
頂部に治具用座を設けて、弁体外周縁及び弁棒挿通孔を
切削加工する際の工作機械取付用の座として用いるよう
にすることにより、中心形バタフライ弁で且つ弁体が弁
棒挿通ボス部の中心に関して対称形をなし、しかも弁体
周面と当接するシートリングが弾性材料のため、弁体外
周縁に要求されるより一層精度の高い弁体を得るための
加工方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施形態（実施例）を示す
弁体の正面図、（ｂ）のＹ−Ｙ線左側は図（ａ）の左側
面図、Ｙ−Ｙ線右側は同右側側面図である。

【図２】図１（ｂ）のII−II線による拡大図及び本体内
面に張設されるシートリングとの当接拡大図である。

【図３】流れ方向と弁体回動方向に関する説明図であ
る。

【図４】従来のくし歯状突起を備えたバタフライ弁で、
（ａ）は全閉状態の断面側面図、（ｂ）は図（ａ）の２
ｂ線による断面図である。

【符号の説明】

１０ 弁体 １１ 弁体外周縁 １２ 本体 １３ シートリング １４ 弁棒穴 １５ 平面部 １６ 弁棒 １７ くし歯状突起 １７ａ 外周側くし歯状突起 １７ｂ 内周側くし歯状突起 １８ 半円形凸状球面 １９ 弁棒挿通ボス部 ２０ 整流溝 ２１，２２ 治具用座

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−151674（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−214936（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−145269（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−8340（ＪＰ，Ｂ２) 実公 平３−32845（ＪＰ，Ｙ２) 実公 平３−5724（ＪＰ，Ｙ２) 実公 平４−17884（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 1/16 - 1/226 F16K 47/00 - 47/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 剛性材料からなる円筒状本体内に弁棒を
   介して弁体を回動自在に設け、弁体の開弁作動方向背面
   の周縁部近傍に、円滑な外形を有する複数のくし歯状突
   起を円弧状に複数列、互いに半径方向に重ならないよう
   に交互に設け、他方、開弁作動方向前面をほぼ半円形凸
   状球面とした中心形バタフライ弁において、複数のくし
   歯状突起を円弧状に複数列設けた中で、複数列の突起の
   断面形状、断面の大きさ、高さ及び数を内周面部と外周
   面部で異なるように設け、弁体直径方向の連続した弁棒
   添通ボス部の周面に、弁棒と直交する方向に複数の整流
   溝を設けると共に、弁体外周縁と、本体内周面に張設さ
   れたシートリングの内周面とが傾斜角度１０°±２°に
   て当接形成したことを特徴とするバタフライ弁。
2. 【請求項２】 中心形バタフライ弁の弁体の開弁作動方
   向背面に設けられたくし歯状突起の半径方向内側及び又
   は、開弁作動方向前面に設けられた半円形凸状球面の頂
   部に治具用座を設けて、弁体外周縁及び弁棒添通孔を旋
   削加工する際の工作機械取付用の座として用いることを
   特徴とするバタフライ弁の加工方法。
3. 【請求項３】 治具用座を、弁体の開弁作動方向背面に
   設けられるくし歯状突起の半径方向内側の治具用座及び
   開弁作動方向前面に設けられる半円形凸状球面頂部の治
   具用座を、外周縁に関して対称位置に、且つボス部と等
   しい高さになるようにそれぞれ設けることを特徴とする
   請求項２記載のバタフライ弁の加工方法。